【正文】 塔設(shè)備大多安裝在室外，靠裙座底部的地腳螺栓固定在混泥土基礎(chǔ)上，通常稱為自支撐式塔。對(duì)于外壓容器，在外壓的作用下，容器中的缺陷受壓應(yīng)力的作用，不可能發(fā)生開裂，且外壓臨界失穩(wěn)壓力主要與容器的幾何尺寸、制造精度有關(guān)，跟缺陷無關(guān)，一般不用外壓試驗(yàn)來校核其穩(wěn)定性，而以內(nèi)壓試驗(yàn)進(jìn)行“泄漏”檢查以確定容器是否存在穿透性缺陷。 封頭的厚度根據(jù)=1200㎜,由JB/T473595得橢圓形封頭主要參數(shù):=1200㎜ =300㎜ h=25㎜對(duì)于橢圓形封頭，此時(shí)K=1，厚度計(jì)算式為: （28） 上式中 筒體的計(jì)算厚度，㎜ PC –筒體的計(jì)算壓力，MPa 圓柱筒體的內(nèi)經(jīng)，㎜，已知=1200㎜ 16MnR材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa 焊接接頭系數(shù)封頭鋼板的負(fù)偏差與腐蝕余量與筒體相同因此，計(jì)算厚度名義厚度=+=㎜ 圓整后=12㎜ 有效厚度==㎜。 （26）有效厚度==㎜。設(shè)計(jì)厚度。 根據(jù)GB1502011，表41, 40℃時(shí)16MnR材料的許用應(yīng)力值=163 MPa。T=TW=40℃ 焊接接頭系數(shù) 采用雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭，無論檢測比例為局部檢測，取=。因此，=+=。第二章 筒體及封頭設(shè)計(jì)對(duì)于液柱靜壓力的計(jì)算，通過查閱課本《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》114頁可知：通常狀況下，計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力加上液柱靜壓力，當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可以忽略液柱靜壓力的影響。目前合成氨在與國際接軌后，今后發(fā)展重點(diǎn)是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。由于石油價(jià)格的飛漲和深加工技術(shù)的進(jìn)步，以“天然氣、輕油、重油、煤”作為合成氨原料結(jié)構(gòu)、并以天然氣為主體的格局有了很大的變化，絕大多數(shù)目前已經(jīng)停車或進(jìn)行以結(jié)構(gòu)調(diào)整為核心內(nèi)容的技術(shù)改造。我國自行設(shè)計(jì)和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠。成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。典型的生產(chǎn)碳酸氫氨小型氮肥廠以無煙煤為原料，先制取半水煤氣，后經(jīng)脫除硫化氫后，進(jìn)入加壓變換反應(yīng)系統(tǒng)，得到的氮?dú)錃夂投趸蓟旌蠚怏w進(jìn)入碳化塔，在碳化塔內(nèi)二氧化碳與濃度為17%左右的氨水反應(yīng)，生成碳酸氫氨結(jié)晶經(jīng)離心機(jī)分離，即得到碳酸氫氨產(chǎn)品。在碳化塔內(nèi)進(jìn)行著二氧化碳的吸收、碳化反應(yīng)、碳酸氫銨結(jié)晶等過程，塔內(nèi)同時(shí)存在著氣體、液體、固體。碳化塔是合成氨廠的心臟，直接影響各項(xiàng)性能指標(biāo)的完成、消耗的高低、質(zhì)量的優(yōu)劣、生產(chǎn)能力的大小、甚至是投資的高低。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。 （3）氨合成 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。對(duì)于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對(duì)氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。經(jīng)過近百年的發(fā)展，合成氨技術(shù)趨于成熟，形成了一大批各有特色的工藝流程，但都是由三個(gè)基本部分組成，即原料氣制備過程、凈化過程以及氨合成過程。反應(yīng)過程中為解決氫氣和氮?dú)夂铣赊D(zhuǎn)化率低的問題，將氨產(chǎn)品從合成反應(yīng)后的氣體中分離出來，未反應(yīng)氣和新鮮氫氮?dú)饣旌现匦聟⑴c合成反應(yīng)。于1908年申請(qǐng)專利，即“循環(huán)法”，在此基礎(chǔ)上，他繼續(xù)研究，于1909年改進(jìn)了合成，氨的含量達(dá)到6%以上。硝酸、各種含氮的無機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。合成氨主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料。別名氨氣，分子式為NH3。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。第一章 緒 論 合成氨在國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用合成氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，除氨水外，諸如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥都是以氨為原料生產(chǎn)的。合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的12％。 合成氨生產(chǎn)方法的介紹德國化學(xué)家哈伯從1902年開始研究由氮?dú)夂蜌錃庵苯雍铣砂?。這是目前工業(yè)普遍采用的直接合成法。合成氨的主要原料可分為固體原料、液體原料和氣體原料。 　　 （1）原料氣制備 將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。 （2）凈化 對(duì)粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮?dú)庖酝獾碾s質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。 合成氨具體工藝流程圖如下： 蒸汽 煤 空氣脫硫凈化 造氣 壓 縮 碳 化變 換氨合成氨成品離 心 分 離 母 液 圖11 合成氨工藝流程圖 碳化塔在生產(chǎn)方法中的作用 碳化塔由塔體、封頭、溶液入口、冷卻水箱、進(jìn)氣口、排氣口及出料口構(gòu)成，是合成氨廠碳化工段的主要設(shè)備。碳化塔內(nèi)除塔盤、汽液分布板、除沫裝置與其他的塔設(shè)備有相同的結(jié)構(gòu)外，還有使反應(yīng)順利進(jìn)行的冷卻裝置等結(jié)構(gòu)，是合成碳酸氫氨的反應(yīng)器，為Ⅱ類壓力容器。含有氮?dú)?、氫氣和二氧化碳的變換氣進(jìn)入碳化塔后，二氧化碳與氨水反應(yīng)生成碳酸氫氨。 發(fā)展?fàn)顩r 　解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠，解放后合成氨工業(yè)有了迅速發(fā)展。近幾年來，我國引進(jìn)了一批年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠設(shè)備。這些化肥廠以天然氣、石油、煉油氣等為原料，生產(chǎn)中能量損耗低、產(chǎn)量高，技術(shù)和設(shè)備都很先進(jìn)。我國目前的合成氨產(chǎn)量已躍居世界第一位，現(xiàn)已掌握了以焦炭、無煙煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn)合成氨的技術(shù)。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析，估計(jì)未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變，其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期，改善經(jīng)濟(jì)性”的基本目標(biāo)，進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)。 (21)上式中，ρ水的密度，Kg/,ρ=1000 Kg/ g重力加速度，g= H塔體的高度，m =+2= 筒體的高度，m 封頭的高度，m=1000= 設(shè)計(jì)壓力== （22）由P與PL的比值可得：5%,即液柱靜壓力大于設(shè)計(jì)壓力的5%，所以應(yīng)把液柱靜壓力計(jì)入計(jì)算壓力中。 （23） 設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一樣，設(shè)計(jì)溫度也為壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一，它是指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度，（沿元件金屬截面的溫度平均值）。 圓柱塔體的厚度計(jì)算 成型后厚度是指制造廠考慮加工減薄量并按鋼板厚度規(guī)格第二次向上圓整得到的坯板的厚度，再減去實(shí)際加工減薄量后的厚度，也為出廠時(shí)容器的實(shí)際厚度，一般情況下，只要成形后厚度大于設(shè)計(jì)厚度就可以滿足強(qiáng)度要求。 (24) 上式中，筒體的計(jì)算厚度，㎜ 圓柱筒體的內(nèi)經(jīng)，㎜，已知=1200㎜ 16MnR材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa 焊接接頭系數(shù)對(duì)于Q345R的腐蝕余量C2=2㎜，腐蝕余量主要是防止容器受壓元件由于均與腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度削薄減弱。 （25） 由《化工容器及設(shè)備簡明手冊》表132,可知，㎜時(shí)，取鋼板的負(fù)偏差=㎜，名義厚度=+=㎜ 圓整后=12㎜。 （27）當(dāng)=12㎜時(shí)=163 MPa沒有變化，故取名義厚度=12㎜合適。 水壓試驗(yàn)對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的目的:在超設(shè)計(jì)壓力下，考慮缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。取水壓試驗(yàn)溫度為20℃則對(duì)于內(nèi)壓容器: （29）上式中試驗(yàn)時(shí)啟閉金屬溫度下材料的許用應(yīng)力，=153 MPa 設(shè)計(jì)溫度